JP5550813B2 - 内燃機関における排気ガス還流装置 - Google Patents

Description

本発明は，内燃機関において，排気ガスの一部を吸気系に還流させるための装置に関するものである。

最近の内燃機関においては，排気ガスのクリーン化等を図る目的で，排気ガスの一部を吸気系に還流させることが行われているが，この排気ガス還流の効果をより確実に達成するためには，吸気系に還流する排気ガスの温度を出来るだけ低くすることが必要である。

そこで，従来は，例えば特許文献１〜４等に記載されているように，内燃機関における排気系から吸気系への排気ガス還流通路の一部を金属製の還流パイプに構成し，この金属製還流パイプを，内燃機関の外側に配設することにより，この金属製還流パイプにおいて排気ガスの冷却を行うように構成している。
特開平８−２４６９６４号公報 特開平１０−２７４１０３号公報 特開平２０００−２８２９５９号公報 特開平２００４−９２４４３号公報

しかし，前記従来の構成においては，前記排気ガス還流通路のうち前記金属製の還流パイプは，内燃機関の運転を停止すると直ちに冷めて内部に排気ガス中の水分が凝縮して溜まり，冬季等においてこの凝縮水が凍結して前記金属製還流パイプを閉塞したり，前記金属製還流パイプの通路面積を窄めたりするから，次に内燃機関の運転を再開したときにおける排気ガスの還流不能又は還流不良の発生を招来するという問題があった。

また，前記従来の構成においては，前記排気ガス還流通路のうち最も低い部分に，内燃機関の運転を停止したときに前記排気ガス還流通路の各所において発生する凝縮水が集まって溜まり，この部分に腐食が発生することになる。

この場合，前記特許文献１においては，前記排気ガス還流通路の途中に凝縮水の溜め室を設けて，これに前記排気ガス還流通路の箇所で発生する凝縮水を捕集し，この溜め室から排出するという構成にしているが，この構成にすることは，構造の複雑化及び大型化等を招来するという問題がある。

本発明は，これらの問題を解消した排気ガス還流装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の排気ガス還流装置は，請求項１に記載したように，
「排気系から吸気系への排気ガス還流通路の一部をシリンダヘッドの外側に配置された金属製の還流パイプに構成し，この還流パイプのうち上流側の一端はシリンダヘッドに設けた取り出しポートに接続されて，前記還流パイプのうち下流側の他端は，前記排気ガス還流通路の一部として前記シリンダヘッドに形成された連通ポートに接続されており，還流する排気ガスが還流パイプから連通ポートを介して吸気系に流れる構成において，
前記還流パイプのうちその一端と他端との間の部分は，当該還流パイプを同じ直径のままで下方に曲げることで前記一端及び他端よりも低い部分になっており，この低い部分は，前記内燃機関における排気マニホールドの下側の部位に，当該排気マニホールドに沿って延びるように配設され，前記排気マニホールドからの輻射熱を受けるように構成されており，更に，前記連通ポートを，前記還流パイプに接続された上流の端部が最も低くて下流側に向けて高くなるように傾斜させている。」
ことを特徴としている。

また，本発明の排気ガス還流装置は，請求項２に記載したように，
「前記請求項１の記載において，前記金属製還流パイプは，前記排気ガス還流通路のうち最も低い部位に位置している。」
ことも特徴としている。

請求項１に記載した構成によると，内燃機関の運転を停止したときに排気ガス還流通路のうち金属製の還流パイプ内に発生した凝縮水は，当該金属製還流パイプのうち低い部分に溜まって，たとえ冬季等において凍結したとしても，次に内燃機関の運転を再開したとき，前記金属製還流パイプのうち低い部分が排気マニホールドからの輻射熱を受けて加熱されることにより，前記低い部分に溜まる凝縮水は気化して速やかに消失することになるから，内燃機関の運転再開後における排気ガスの還流を確実に確保できる。

また，請求項２に記載した構成にすることにより，前記排気ガス還流通路の各所において発生した凝縮水を，前記金属製還流パイプの箇所に集めて，次に内燃機関の運転を再開したときに速やかに消失できるから，前記特許文献１のように前記排気ガス還流通路に凝縮水の溜め部を設けることを省略できる利点がある。

以下，本発明の実施の形態を，図１〜図４の図面について説明する。

これらの図において，符号１は，複数個の気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３をクランク軸線２の方向に並べて成る多気筒内燃機関を示す。

この多気筒内燃機関１は，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３におけるシリンダボア３を備えたシリンダブロック４と，このシリンダブロック４の上面にその各シリンダボア３の頂部を塞ぐように締結したシリンダヘッド５とから構成されている。

前記シリンダヘッド５には，その下面に各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３における燃焼室６が凹み形成されているとともに，各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の燃焼室６への吸気ポート７と，各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の燃焼室６からの排気ポート８とが形成されており，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の吸気ポート７は，前記シリンダヘッド５における気筒列方向の左右両長手側面５ａ，５ｂのうち一方の吸気側長手側面５ａに開口し，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の排気ポート８は，前記左右両長手側面５ａ，５ｂのうち他方の排気側長手側面５ｂに開口している。

更に，前記シリンダヘッド５には，前記各吸気ポート７に対する吸気弁９と，前記各排気ポート８に対する排気弁１０が設けられているほか，その上面側には，前記各吸気弁９及び各排気弁１０を開閉作動するための動弁機構（図示せず）が設けられ，その内部には，冷却水ジャケット１１が形成されている。

なお，前記多気筒内燃機関１は，走行車体等に対して，前記クランク軸線２の方向から見て，シリンダボア３の軸線３ａを鉛直にして搭載するか，シリンダボア３の軸線３ａを，前記シリンダヘッド５における吸気側長手側面５ａが上向きで排気側長手側面５ｂが下向きになるように傾斜させて搭載される。

そして，前記シリンダヘッド５の吸気側長手側面５ａには排気ガス室１２が凹み形成されており，この排気ガス室１２は，前記吸気側長手側面５ａと直角方向から見て，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３における吸気ポート７の下側の部分を気筒列の方向に延びる溝型にて構成されているとともに，前記シリンダヘッド５における冷却水ジャケット１１に一枚の隔壁１３を挟んで隣接する構成である。

前記排気ガス室１２は，前記吸気側長手側面５ａに密接する金属製のスペーサ板１４にて密閉されており，このスペーサ板１４の外側面には，図示しないエアクリーナからの吸気を前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３に分配するための耐熱合成樹脂製の吸気マニホールド１５が着脱可能に接合されている。

すなわち，前記吸気マニホールド１５は，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の吸気ポート７ごとへの吸気管路１６を備えて，この各吸気管路１６に一体に設けた接合用フランジ部１７を，前記スペーサ板１４を貫通して前記シリンダヘッド５側に螺合する複数本のボルト１８にて締結することにより，前記シリンダヘッド５に対して接合されており，この各ボルト１８の締結による接合と同時に，その間における前記スペーサ板１４を締め付けるように構成している。

この場合，前記吸気側長手側面５ａと前記スペーサ板１４との間，及び前記スペーサ板１４と吸気マニホールド１５の接合用フランジ部１７との間の各々には，シール用ガスケット１９，２０が介挿されていることは勿論である。

前記シリンダヘッド５には，気筒列方向の一端の部分に排気ガス還流通路２１の一部を構成する取り出しポート２２が形成され，気筒列方向の他端の部分には，同じく排気ガス還流通路２１の一部を構成する連通ポート２３が形成されている。

前記取り出しポート２２は，その一端が前記シリンダヘッド５の一端部分に位置する一つの気筒Ａ１における排気ポート８に連通し，他端が前記シリンダヘッド５のうち前記排気側長手側面５ｂに開口する構成である。

一方，前記連通ポート２３は，その一端が前記排気ガス室１２に連通し，他端が前記シリンダヘッド５のうち前記排気側長手側面５ｂに開口する構成であって，図２のとおり，一端が高くて他端が低くなるように傾斜しており，この連通ポート２３の途中部分には，吸気系に還流する排気ガスの量を制御するための還流制御弁（ＥＧＲバルブ）２４が設けられている。

前記シリンダヘッド５の排気側長手側面５ｂには，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３から排気ガスを合流するための排気マニホールド２５が，その接合用フランジ部２６をシリンダヘッド５側に螺合する複数本のボルト２７にて締結することで着脱可能に接合されており，更に，この排気側長手側面５ｂの部分には，排気ガス還流通路２１の一部を構成する還流パイプ２８が，当該排気側長手側面５ｂに沿って気筒列の方向に延びるように配設されている。

この還流パイプ２８の一端は，前記シリンダヘッド５に，前記取り出しポート２２に連通するようにフランジ部２９にて着脱可能に接合され，また，他端は，前記シリンダヘッド５に，前記連通ポート２３に連通するようにフランジ部３０にて着脱可能に接合されている。

前記還流パイプ２８は，その全体が金属製であり，その一端と他端との間の長さＬの部分２８ａは，当該還流パイプ２８を同じ直径のままで下向きに曲げることによって，他の部分よりも低くなるように構成されており，且つ，この長さＬの低い部分２８ａは，当該還流パイプ２８及び前記取り出し通路２２並びに連通ポート２３によって構成される排気ガス還流通路２１のうち最も低い部分に位置している。

これに加えて，前記還流パイプ２８のうち前記低い部分２８ａは，前記排気マニホールド２５の下側に，これに沿って延びるように配設され，前記排気マニホールド２５からの輻射熱を受けるように構成されている。

なお，前記還流パイプ２８における一端のフランジ部２９は，前記排気マニホールド２５を接合するためのボルト２７の一部により，排気マニホールド２５における接合用フランジ部２６と一緒に締結されている。

そして，前記シリンダヘッド５における各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の部分の各々には，各気筒ごとに独立する構成にした個別排気通路３１が，前記排気ガス室１２から各気筒における燃焼室６の方向に延びてその吸気ポート７内に開口するように設けられている。

前記各個別排気通路３１は，一直線状に延びる構成であることに加えて，前記シリンダボア３における軸線３ａの方向から見た平面視において，前記シリンダボア３に対して接線状であり，前記シリンダヘッド５を鋳造又はダイキャストした後において，前記排気ガス室１２内から挿入したドリル等の穿設加工工具による機械加工にて形成される。

また，前記各個別排気通路３１における前記排気ガス室１２内への開口部３１ａは，前記排気ガス室１２内のうち最も低い部位に位置しており，前記排気ガス室１２の内底面１２ａは，図３に示すように，前記各個別排気通路３１における開口部３１ａに向かって船底型に傾斜する構成になっている。

この構成において，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３のうち一つの気筒Ａ１が排気行程のとき，この一つの気筒Ａ１よりその排気ポート８を通って排気マニホールド２４に排出される排気ガスの一部は，取り出しポート２２，還流パイプ２８及び連通ポート２３とで構成される排気ガス還流通路２１を介して前記排気ガス室１２内に入り，この排気ガス室１２内から，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３のうち吸気行程中の気筒に個別排気通路３１を介して導入（還流）される。

この場合，前記排気ガス還流通路２１を介して吸気系に還流される排気ガスは，当該排気ガス還流通路２１のうち金属製の還流パイプ２８の部分を通るときにおいて，大気等にて冷却される。

そして，前記排気ガス還流通路２１のうち金属製還流パイプ２８の部分は，内燃機関１の運転を停止すると直ちに冷めることにより，この金属製還流パイプ２８のうち適宜長さＬの低い部分２８ａの内部には，排気ガス中の水分が凝縮して，その凝縮水が溜まることになるが，この適宜長さＬの低い部分２８ａは，内燃機関１を運転を再開すると，前記排気マニホールド２４からの熱輻射を受けて直ちに加熱されるから，この低い部分内に溜まる凝縮水を，気化して速やかに消失させることができる。

また，前記金属製還流パイプ２８のうち長さＬの低い部分２８ａは，前記排気ガス還流通路２１の全体のうち最も低い部位に位置していることにより，この部分に，前記排気ガス還流通路２１の各所で発生する凝縮水を集めて，次に内燃機関１の運転を再開したときに気化して消失させることができる。

本発明の実施の形態を示す一部切欠平面図である。 図１のII−II視拡大断面図である。 図１のIII −III 視断面図である。 図１のIV−IV視側面図である。

１ 多気筒内燃機関
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 気筒
２ クランク軸線
３ シリンダボア
４ シリンダブロック
５ シリンダヘッド
５ａ 吸気側長手側面
５ｂ 排気側長手側面
６ 燃焼室
７ 吸気ポート
８ 排気ポート
１２ 排気ガス室
１４ スペーサ板
１５ 吸気マニホールド
２１ 排気ガス還流通路
２２ 取り出しポート
２３ 連通ポート
２８ 還流パイプ
３１ 個別排気通路

Claims (2)

1. 排気系から吸気系への排気ガス還流通路の一部をシリンダヘッドの外側に配置された金属製の還流パイプに構成し，この還流パイプのうち上流側の一端はシリンダヘッドに設けた取り出しポートに接続されて，前記還流パイプのうち下流側の他端は，前記排気ガス還流通路の一部として前記シリンダヘッドに形成された連通ポートに接続されており，還流する排気ガスが還流パイプから連通ポートを介して吸気系に流れる構成において，
   前記還流パイプのうちその一端と他端との間の部分は，当該還流パイプを同じ直径のままで下方に曲げることで前記一端及び他端よりも低い部分になっており，この低い部分は，前記内燃機関における排気マニホールドの下側の部位に，当該排気マニホールドに沿って延びるように配設され，前記排気マニホールドからの輻射熱を受けるように構成されており，更に，前記連通ポートを，前記還流パイプに接続された上流の端部が最も低くて下流側に向けて高くなるように傾斜させていることを特徴とする内燃機関における排気ガス還流装置。
2. 前記請求項１の記載において，前記金属製還流パイプは，前記排気ガス還流通路のうち最も低い部位に位置していることを特徴とする内燃機関における排気ガス還流装置。

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